JP2015175316A - 潤滑油の供給設備及び供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧燃焼設備の立ち上げ運転の際の効率化を図り、設備コストやランニングコストを低減させる。【解決手段】被処理物を燃焼させる加圧燃焼炉と、この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン４１及びこのタービン４１によって駆動され、加圧燃焼炉１０内に供給する空気を圧縮するコンプレッサー４２を有する過給機４０を備える。加えて、潤滑油タンク９１からの潤滑油が前記過給機４０の軸受に供給及び前記潤滑油タンクに返送される潤滑油循環路を有し、前記潤滑油循環路のうち、少なくとも前記軸受と潤滑油タンクとを結ぶ返送路９４をガスにより加圧状態とする加圧手段９６を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、被処理物の燃焼などを目的とした加圧燃焼設備で使用する潤滑油の供給設備及び供給方法に関し、特に過給機の潤滑油の汚れ防止するに関するものである。

石炭を燃料とする加圧流動床複合発電プラントが実用化されている。一方、下水汚泥、塵芥、生ゴミなどの含水物質を燃焼させる処理システムとして、過給式流動燃焼システムが知られている。この過給式流動燃焼システムは、たとえば下水汚泥を燃焼炉（例えば加圧流動炉）に供給して燃焼させ、燃焼炉から排出される燃焼排ガスによって過給機を回転駆動することで圧縮空気を生成し、この圧縮空気を燃焼炉に供給して燃焼を促進させるシステムである（例えば、下記特許文献１参照）。

この過給式流動燃焼システムで用いられる過給機には、その軸部分に潤滑油を供給することが必要とされているが、この過給機の軸部分への潤滑油の供給において、潤滑油が排ガスと同伴してタービン出口側から流出するのを防止するため、潤滑油の循環経路のうち、過給機に潤滑油を供給する上流側の配管内圧を、過給機から潤滑油を潤滑油タンクに返送する下流側配管の内圧より、高くなるように構成されている。（例えば、特許文献２参照）。

しかし、その後の運転過程で、タービンに導入された排ガスが潤滑油循環経路に入り込み、排ガス中の煤塵等が潤滑油へ混入し、また、排ガス中の水分が潤滑油と接触して凝縮することや排ガス中の酸性ガスが潤滑油と接触することによって、潤滑油の寿命を短くすることも判った。

特許第３７８３０２４号公報 特開２００９−１２１７７９号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、加圧燃焼設備において、焼却炉からの排ガスに含まれる煤塵等によって引き起こされる過給機の潤滑油の汚染を防止することにある。

この課題を解決した本発明は、次のとおりである。

＜請求項１記載の発明＞
被処理物を加圧下で燃焼させる加圧燃焼炉と、この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン及びこのタービンによって駆動され前記加圧燃焼炉内に供給する空気を圧縮するコンプレッサーを有する過給機と、を備えた加圧燃焼設備であって、
潤滑油タンクからの潤滑油を前記過給機の軸受に供給する潤滑油供給路と、前記軸受に供給された潤滑油を潤滑油タンクに返送する潤滑油返送路からなる潤滑油循環路を有し、
前記潤滑油循環路のうち、少なくとも潤滑油返送路を気体により加圧状態とする加圧手段を有する、
ことを特徴とする潤滑油の供給設備。

（作用効果）
加圧燃焼炉からの排ガスは過給機のタービンに送られ、当該タービンを駆動する。その際、タービン内の排ガスの一部が潤滑油循環路内に進入し、軸受（ハウジング）に供給される潤滑油と接触しやすい。排ガスは除塵後であっても若干量の煤煙を含むため、潤滑油に混入し、軸受の摩耗の原因となっている。
本発明は、前記潤滑油循環路のうち、少なくとも前記軸受と潤滑油タンクとを結ぶ返送路をガスにより加圧状態とする加圧手段を設け、潤滑油の返送路の圧力を高めることで、排ガスが潤滑油循環経路側へ流入することを抑制でき、排ガスと潤滑油との接触を抑制できる。したがって、排ガス中の煤煙の潤滑油への混入、排ガス中の酸性ガスや水分の潤滑油との接触を抑制でき、もって、潤滑油の長寿命化を達成できる。

＜請求項２記載の発明＞
前記潤滑油タンク上部に加圧気体を送入する手段を有し、前記潤滑油返送路は前記潤滑油タンクの上部空間に連通している請求項１記載の潤滑油の供給設備。

（作用効果）
排ガスと循環油との接触を抑制するという課題を解決するには、潤滑油返送路の加圧を潤滑油タンクの加圧を介して行う、本発明の構造は、簡素で実用的な構成であるといえる。

＜請求項３記載の発明＞
前記潤滑油返送路は、前記軸受から前記潤滑油タンクに向けて全体が所定の下り勾配となるよう設けられた管路であり、潤滑油返送時において、管路内部全体にわたり気相が形成され、前記加圧手段により管路内部全体の加圧が可能となるように構成された、請求項１または２記載の潤滑油の供給設備。

（作用効果）
潤滑油返送路の全体を所定の（たとえば一定の）下り勾配とすることで、管路内において潤滑油が減速、滞留することなく、潤滑油タンクまで返送される。さらに、潤滑油返送路を潤滑油の流量に比して内径の大きな管路とすることで、管路内部で潤滑油が流下している状態であっても、常に管路全体にわたって潤滑油の上層に気相が存在する構成となる。このように、管路全体にわたり気相が存在することにより、管路全体の加圧が可能となる。

＜請求項４記載の発明＞
前記タービンの排ガス出側流路と前記潤滑油返送路とを連結する連結路に圧力調整手段を設け、前記圧力調整手段により前記返送路内の圧力を調整するように構成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の潤滑油の供給設備。

（作用効果）
前記返送路を加圧することで解決するのに際し、その圧力調整を行なうことが長期的に安定した潤滑油管理に寄与する。
その圧力管理に前記加圧手段、たとえばコンプレッサーの圧力コントロールも有効であるものの、加圧燃焼炉からの排ガスの圧力変動に追従しがたい。これに対し、前記タービンの排ガス出側管路と前記返送路とを連結する連結路に圧力調整装置を設け、前記圧力調整装置により前記排ガスの軸受内部への流入を調整するように構成すれば、加圧燃焼炉からの排ガスの圧力変動に良好に追従できるものとなる。

＜請求項５記載の発明＞
被処理物を加圧下で燃焼させる加圧燃焼炉と、この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン及びこのタービンによって駆動され前記加圧燃焼炉内に供給する空気を圧縮するコンプレッサーを有する過給機と、を備えた加圧燃焼設備の運転方法であって、
潤滑油タンクからの潤滑油を前記過給機の軸受に供給する潤滑油供給路と、前記軸受に供給された潤滑油を潤滑油タンクに返送する潤滑油返送路からなる潤滑油循環路を構成し、
前記潤滑油循環路のうち、少なくとも潤滑油返送路を気体により加圧状態とする、
ことを特徴とする潤滑油の供給方法。

（作用効果）
請求項１に係る発明と同様の効果を奏する。

本発明によれば、過給機の潤滑油の汚染を防止することができる。

加圧燃焼設備の構成例の説明図である。 過給機に供給される潤滑油及びガスの流れを示すフロー図である。 潤滑油返送路の構造の一例を示す図である。

以下、図１〜図３により本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態に限定されない。

本形態に係る加圧燃焼設備は、被処理物Ｓの燃焼を目的とする加圧流動炉１０と、この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン４１及びこのタービン４１によって駆動され、加圧流動炉１０内に供給する空気を圧縮するコンプレッサー４２を有する過給機４０を備えている。

加圧流動炉１０には、バイオマス、都市ゴミや下水汚泥の脱水ケーキ等の有機性廃棄物や、被処理物Ｓが供給口から供給されると共に、始動時において下部の始動用バーナー１２から燃焼のための燃料及び燃焼用空気が供給されるようになっている。加圧流動炉１０の下部からは、後述するように、コンプレッサー４２からの圧縮空気が吹き込まれ、その流動化エネルギーによって被処理物Ｓが流動されながら、燃焼されるようになっている。なお、本実施の形態では加圧燃焼炉として加圧流動炉を採用したが、本発明はこれに限定されることなく、回転炉、固定床炉などを加圧化で運転する場合であっても適用が可能である。

この燃焼により発生した排ガスは、加圧流動炉１０の上部から流路７１を通して空気予熱器２０に送られ、その後に流路７２を通してバグフィルタやセラミックフィルタなどの集塵機３０を通った後に、入側流路７３を通して過給機４０のタービン４１に導かれる。

過給機４０では、タービン４１を駆動し、これに同軸で連結されたコンプレッサー４２を駆動する。タービン４１で膨張した排ガスは、出側流路７４を通して白煙防止用予熱器５０を通り、流路７５を通して排煙処理塔６０に導かれ、清浄化が図られた後に煙突６２から大気に放出される。

ここで、タービン４１で膨張した排ガスは、白煙防止用予熱器５０に導くに先立って、例えば、図示しない蒸気ボイラなどに導くと好ましいものとなる。タービン４１で膨張した排ガスは、例えば、４００〜４５０℃、０．０２〜０．０５ＭＰａの高温・高圧であり、したがって、熱回収して蒸気を生成することができる。

他方、コンプレッサー４２に対して空気供給手段４３が設けられており、切替え弁４４を有する流路７６からの空気を、コンプレッサー４２により圧縮して、流路７７及び流路７８を通り、空気予熱器２０で加熱後、流路７９を通して、加圧流動炉１０内に圧縮空気を供給する経路が形成されている。

また、この経路におけるコンプレッサー４２を通った後の経路７７から分岐して、加圧流動炉１０の始動用バーナー１２に連なる分岐経路８０も形成されている。

空気予熱器２０は、排ガスのもっている熱により、加圧流動炉１０内に供給する圧縮空気を予熱するためのものである。

白煙防止用予熱器５０は、空気を予熱し、排煙処理塔６０からの清浄空気を煙突６２において加熱し、白煙を大気に発生させないようにするものである。排煙処理塔６０は排ガスの最終的な清浄化を図るものであり、湿式集塵方式などが採用される。

図示の形態においては、外部空気Ａのコンプレッサー４２に対する切替え弁４５を有する供給流路８１が設けられ、立ち上がり運転時には空気供給手段４３からコンプレッサー４２に空気を送り込み、所定の温度・圧力、例えば、タービン４１の入口温度が３５０℃以上、圧力が０．１１〜０．１５ＭＰａの条件を指標とした安定運転になった時点で、切替え弁４４を閉じ、その代わりに切替え弁４５を開として供給流路８１を通して外部空気Ａをコンプレッサー４２に対して送り込むようになっている。

従来、焼却に用いられている加圧を行わない気泡流動炉では、常時流動用ブロワを運転し続け、また、排煙処理塔６０で煙突から強制的に排気するための誘引ファンの設置が必要なものであるのに対し、本形態に係る加圧燃焼設備は、起動時に空気供給手段４３を使用するのみで足りるのでランニングコストが低減し、誘引ファンの設置が不要となる利点がある。

加圧流動炉１０の運転条件に限定はないが、０．１〜０．３ＭＰａ程度の加圧にし、ダイオキシン発生防止の観点から８００〜８５０℃程度の温度条件にすることが望ましい。

（本発明に係る潤滑形態について）
加圧燃焼設備の過給機４０への潤滑油と気体の供給形態を図２に示す。過給機４０に供給される潤滑油は、潤滑油タンク９１より、循環ポンプ９９によって加圧され、潤滑油供給路９２及びフィルター９３を通って過給機の軸受ハウジング１０４へ供給された後、潤滑油返送路９４を介して潤滑油タンク９１に返送される。潤滑油供給路、および潤滑返送路には、使用圧力に応じて適宜選定した配管材料を使用すればよい。

本発明の実施形態で使用される潤滑油は、各種のものがあり特に限定されないが、好ましくは、軸受油、油圧作動油、ガスタービン油、ギヤ油などを含む産業機械用潤滑油、エンジン油の少なくとも１種が挙げられる。

潤滑油タンク９１は、貯留された潤滑油液面より高い位置にコンプレッサー９６などの気体供給手段より供給される気体の供給口と、潤滑油返送口が設けられている。潤滑油タンク９１は密閉された状態となり、供給された気体により、大気圧より高い気圧、過給機タービン入口排ガス圧力により近い圧力０．１〜０．２ＭＰａとされるのが好ましい。ここで、供給される気体は、除湿空気が好適であるが、ほかにも窒素などの不活性ガスを適用しても良い。

気体供給口と潤滑油返送口は、供給された気体が潤滑油液面上方の空間を換気できるように配置することが好ましい。具体的には、貯留タンクの上部平面に対角に設置したり、もしくは対面する側壁にそれぞれ設けたりすることが出来る。このような構成をとることで貯留されている潤滑油から蒸発する水分を速やかにタンク外に排出することができる。

潤滑油タンク９１に供給された気体は、潤滑油タンク９１内の潤滑油液面上方の空間を通過し、図３に概要を示すように、潤滑油返送路９４内を潤滑油の流下層上の空間を通って過給機４０の軸受ハウジング１０４に到達し、軸受ハウジング１０４内を加圧する。

潤滑油タンクから過給機への空気の経路は潤滑油返送管９４とは別に設けてもよいが、設備コストや設置スペースの観点から、１本の管で潤滑油の搬送と加圧を図ることが好ましい。潤滑油返送路９４は、図３に示すように、潤滑油流量と比して充分に内径の大きな管を使用することが好ましい。このような口径を採用することで、加圧気体により潤滑油が過給機４０側へ押し戻されることなく潤滑油タンク９１へ円滑に返送できる。さらに潤滑油返送路９４は、過給機４０から潤滑油タンク９１に向かって例えば５〜１０度の下り勾配をつけて配置することで潤滑油の潤滑油タンク９１への返送が滞ることなく円滑に行える。

タービンの排ガス出側流路７４と返送路９４とを連結する連結路９７が設けられ、これに圧力調整手段９８が設けられ、その圧力調整手段９８により排ガスの軸受内部への流入を調整するように構成してある。圧力調整手段９８としては、各種バルブや、オリフィスなどが適用できる。ところで、連結路９７は、潤滑油返送路９４の全長に対して、少なくとも半分より過給機側、より好ましくは２／３以上過給機側の位置で潤滑油返送路９４と連結することが好適である。以上の構成をとることで返送路内の潤滑油に含まれる水分を連結路９７より効率的に排出することが可能となる。

この圧力調整手段９８による圧力調整には、次の２通りの形態を例示できる。
（１）タービン４１へ導入されるときに排ガスの圧力Ｐ（入側流路７３の圧力Ｐ）の１／２＝潤滑油タンク９１の内圧とする、すなわち、（タービンの排ガス出側流路７４圧力−返送路９４圧力）＝１／２Ｐとする形態。
（２）排気量をパージ空気量＋αとなるように調整（圧力が変動しても排ガスの流入量がαとなるように圧力調整手段９８を調整）。

図１の加圧燃焼設備を運転し、一定の運転時間経過時の潤滑油の状態を調査した。潤滑油は循環させ、潤滑油タンク９１内の温度は平均９０℃とした。また、潤滑油タンク９１内の圧力は気体供給手段９６により空気を供給し、０．１〜０．２ＭＰａ程度に加圧した。運転時間経過後の潤滑油の動粘度、塩基価、水分量、及び各種金属元素含有量を表１に示す。

表１に示されるように、本発明に係る加圧燃焼設備の過給機においては、排ガス中の水分、煤塵の金属成分の混入による、潤滑油の動粘度、水分量、金属元素含有量の上昇は見られなかった。また、排ガス中の酸性物質の混入による塩基価の減少も見られなかった。

以上より、潤滑油タンクの加圧による潤滑油循環路の加圧により、潤滑油への排ガス成分の混入が顕著に軽減されたことが判明した。

１０…加圧流動炉、１１…流動媒体投入装置、１２…始動用バーナー、１３…流動媒体排出装置、２０…空気予熱器、３０…集塵機、４０…過給機、４１…タービン、４２…コンプレッサー、７４…排ガス出側流路、９１…潤滑油タンク、９４…潤滑油返送路、９６…空気供給手段（コンプレッサー）、９８…圧力調整弁、１０４…軸受ハウジング、１０６ａ，１０６ｂ…軸受、Ｓ…被処理物。

Claims (5)

1. 被処理物を加圧下で燃焼させる加圧燃焼炉と、この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン及びこのタービンによって駆動され前記加圧燃焼炉内に供給する空気を圧縮するコンプレッサーを有する過給機と、を備えた加圧燃焼設備であって、
   潤滑油タンクからの潤滑油を前記過給機の軸受に供給する潤滑油供給路と、前記軸受に供給された潤滑油を潤滑油タンクに返送する潤滑油返送路からなる潤滑油循環路を有し、
   前記潤滑油循環路のうち、少なくとも潤滑油返送路を気体により加圧状態とする加圧手段を有する、
   ことを特徴とする潤滑油の供給設備。
2. 前記潤滑油タンク上部に加圧気体を送入する手段を有し、前記潤滑油返送路は前記潤滑油タンクの上部空間に連通している請求項１記載の潤滑油の供給設備。
3. 前記潤滑油返送路は、前記軸受から前記潤滑油タンクに向けて全体が所定の下り勾配となるよう設けられた管路であり、潤滑油返送時において、管路内部全体にわたる一の気相が形成され、一の前記加圧手段により管路全体の加圧が可能となるように構成された、請求項１または２記載の潤滑油の供給設備。
4. 前記タービンの排ガス出側流路と前記潤滑油返送路とを連結する連結路に圧力調整手段を設け、前記圧力調整手段により前記返送路内の圧力を調整するように構成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の潤滑油の供給設備。
5. 被処理物を加圧下で燃焼させる加圧燃焼炉と、この燃焼により発生した排ガスによって駆動されるタービン及びこのタービンによって駆動され前記加圧燃焼炉内に供給する空気を圧縮するコンプレッサーを有する過給機と、を備えた加圧燃焼設備の運転方法であって、
   潤滑油タンクからの潤滑油を前記過給機の軸受に供給する潤滑油供給路と、前記軸受に供給された潤滑油を潤滑油タンクに返送する潤滑油返送路からなる潤滑油循環路を構成し、
   前記潤滑油循環路のうち、少なくとも潤滑油返送路を気体により加圧状態とする、
   ことを特徴とする潤滑油の供給方法。

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